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CN115000105A - 可透光的芯片封装结构及制作方法 - Google Patents

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CN115000105A CN202210588548.7A CN202210588548A CN115000105A CN 115000105 A CN115000105 A CN 115000105A CN 202210588548 A CN202210588548 A CN 202210588548A CN 115000105 A CN115000105 A CN 115000105A
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陆燕飞
臧晓园
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Abstract

本发明涉及芯片封装技术领域，特别涉及一种可透光的芯片封装结构及制作方法，通过在透明载板的表面形成有容置槽；在容置槽内设置有封装框架板，所述封装框架板具有芯片封装窗口；将芯片结构安装在封装框架板表面，所述芯片结构的正面透过芯片封装窗口朝向透明载板，将所述基板覆盖在透明载板的第一表面，使得所述芯片结构被封装在透明载板和基板之间，所述基板与封装框架板电连接，从而实现基板与芯片结构电连接，由于透明载板形成有容置槽，芯片结构被封装在透明载板和基板之间的容置槽，使得芯片结构不会受到外部的挤压、水汽等影响，有利于提高芯片和连接的稳定性和可靠性。

Description

可透光的芯片封装结构及制作方法
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，特别涉及一种可透光的芯片封装结构及制作方法。
背景技术
目前传统的光线传感器、图像传感器封装通常采用引线键合的方式进行封装，并在传感器芯片上方安装透明盖来实现对传感器芯片的透光及密封保护。但上述结构存在有一些问题，比如形成的芯片封装结构的散热性能比较差，影响了传感器芯片的成像性能，另外传统的光线传感器封装过程中的工艺比较繁琐。
随着器件的小型化需求，倒装芯片成为趋势，但在常规的倒装芯片封装结构中，芯片的功能面朝下，由于基板的阻挡，光线无法传达，不适合用于光线传感器、图像传感器芯片。
为此，有人曾提出了一种基于倒装图像传感器芯片的封装结构，请参考图1，包括：基板1，所述基板1上开有透窗3，在基板1的正面和背面均设有布线结构2且相互电连接；倒置的图像传感器芯片4贴装在基板1的背面，且图像传感器芯片4的功能面朝向透窗3；图像传感器芯片4与所在面上的布线结构6电连接；玻璃5固定在基板1的正面且完全覆盖住透窗3；热沉10通过散热胶粘接在图像传感器芯片4的背面；无源器件7和图像传感器驱动芯片8贴装在基板1正面透窗3以外的部位，并与正面的布线结构2电连接；基板1背面布线结构2所在区域植有BGA焊球9，BGA焊球9电连接布线结构2。
但上述结构存在以下三个问题：1、图像传感器芯片4的背面外露，不利于芯片和连接的可靠性；2、上述结构不适合晶圆级封装，只能单个进行封装，UPH低，成本高；3、由于BGA焊球9只能连接在图像传感器芯片4的周边，使得支持的I/O数量比较少。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种可透光的芯片封装结构及制作方法。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种可透光的芯片封装结构，包括：
透明载板，所述透明载板的表面具有容置槽；
设置于所述容置槽内的封装框架板，所述封装框架板具有芯片封装窗口；
安装在所述封装框架板表面的芯片结构，所述芯片结构的正面透过所述芯片封装窗口朝向所述透明载板；
设置在透明载板的表面的基板，使得所述芯片结构被封装在透明载板和基板之间，所述基板与所述芯片结构通过所述封装框架板电连接。
可选的，所述芯片结构为图像传感器芯片或光线传感器芯片。
可选的，所述芯片结构包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括功能区和位于功能区外围的电连接区，所述功能区与所述封装框架板的芯片封装窗口相对应，所述封装框架板的表面具有芯片连接结构，所述芯片结构的电连接区与所述封装框架板的芯片连接结构相连，以实现芯片结构与封装框架板固定且电连接。
可选的，所述基板包括第一表面和第二表面，所述基板的第一表面与透明载板相对，所述基板的第二表面形成有外接焊球。
可选的，所述基板的第一表面具有第一焊接结构，所述封装框架板的表面具有第二焊接结构，且所述第一焊接结构和所述第二焊接结构的位置相对应，所述第一焊接结构和第二焊接结构相焊接，从而实现所述基板与所述封装框架板电连接。
可选的，所述芯片结构和所述封装框架板的厚度之和小于容置槽的深度。
可选的，所述芯片结构的数量为一个或多个，对应的，所述封装框架板内的芯片封装窗口的数量为一个或多个。
可选的，一个芯片封装结构的透明载板的表面具有一个或多个容置槽。
本发明实施例提供了一种可透光的芯片封装结构的制作方法，包括：
提供透明载板，所述透明载板的表面具有容置槽；
在所述透明载板的所述容置槽内设置有封装框架板，所述封装框架板具有芯片封装窗口；
提供芯片结构，将所述芯片结构安装在所述封装框架板表面，所述芯片结构的正面透过所述芯片封装窗口朝向所述透明载板；
提供基板，将所述基板覆盖在所述透明载板的表面，使得所述芯片结构被封装在所述透明载板和所述基板之间，所述基板与所述芯片结构通过所述封装框架板电连接。
可选的，所述基板包括第一表面和第二表面，所述基板的第一表面与透明载板相对，所述基板的第二表面形成有外接焊球。
可选的，采用晶圆级封装工艺，形成外接焊球后，对所形成的芯片封装结构进行切割，形成单个的芯片封装结构。
可选的，所述基板的第一表面形成有第一焊接结构，所述封装框架板的表面形成有第二焊接结构，且所述第一焊接结构和所述第二焊接结构的位置相对应，当所述基板覆盖在透明载板的表面时，对所述第一焊接结构和所述第二焊接结构进行回流焊，从而实现所述基板与所述封装框架板电连接。
可选的，所述芯片结构包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括功能区和位于功能区外围的电连接区，所述芯片结构正面的功能区与所述封装框架板的芯片封装窗口相对应，所述封装框架板的表面具有芯片连接结构，将所述芯片结构的电连接区与所述封装框架板的芯片连接结构相连，以实现芯片结构与封装框架板固定且电连接。
可选的，所述芯片结构的数量为一个或多个，对应的，所述封装框架板内的芯片封装窗口的数量为一个或多个。
可选的，一个芯片封装结构的透明载板的表面具有一个或多个容置槽。
综上所述，本发明的有益效果在于：
本发明的可透光的芯片封装结构在透明载板的表面具有容置槽；在所述透明载板的容置槽内设置有封装框架板，所述封装框架板具有芯片封装窗口；将芯片结构安装在封装框架板表面，所述芯片结构的正面透过所述芯片封装窗口朝向所述透明载板，将所述基板覆盖在所述透明载板的表面，使得所述芯片结构被封装在透明载板和基板之间，所述基板与封装框架板电连接，从而实现基板与芯片结构电连接。由于透明载板具有容置槽，芯片结构被封装在透明载板和基板之间的容置槽内，使得芯片结构不会受到外部的挤压、水汽等影响，有利于提高芯片和连接的稳定性和可靠性，且芯片封装结构本身具有基板，不需要其他的封装流程，能有效的降低成本。且所述芯片结构通过封装框架板和基板实现再布线互连，所述基板的整个第二表面都可以形成外接焊球，外接焊球可以覆盖整个芯片封装结构的背面，使得芯片支持的I/O数量大大增加。同时本发明的芯片封装结构适用于晶圆级封装工艺，UPH高，封装结构的制作成本低。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为现有技术的基于倒装图像传感器芯片的封装结构的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例的一种可透光的芯片封装结构的制作方法的流程示意图；
图3～图8为本发明实施例的一种可透光的芯片封装结构的制作流程的剖面结构示意图；
图9为本发明实施例的一种可透光的芯片封装结构的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例首先提供了一种可透光的芯片封装结构的制作方法，请参考图2，为所述制作方法的流程示意图，包括：
步骤S100，提供透明载板，所述透明载板的表面具有容置槽；
步骤S200，在所述透明载板的容置槽内设置有封装框架板，所述封装框架板具有芯片封装窗口；
步骤S300，提供芯片结构，将所述芯片结构安装在封装框架板表面，所述芯片结构的正面透过芯片封装窗口朝向透明载板；
步骤S400，提供基板，将所述基板覆盖在透明载板的表面，使得所述芯片结构被封装在透明载板和基板之间，所述基板与所述芯片结构通过所述封装框架板电连接。
具体的，执行步骤S100，请参考图3，提供透明载板10。所述透明载板可以为玻璃载板，也可以为其他透明的硬载板。所述透明载板10的第一表面具有容置槽15，所述容置槽15可以为矩形槽，也可以倒梯形槽，且所述容置槽的尺寸大于待封装的芯片结构的尺寸，小于最终形成的可透光的芯片封装结构的尺寸。所述容置槽15的深度大于后续封装的芯片结构和封装框架板的厚度之和，使得芯片结构可以完整地封装在所述容置槽15内，从而有助于保证芯片结构和互连结构的稳定性和可靠性。且由于形成容置槽15的工艺是成熟工艺，芯片结构可以实现完全密封，可靠性高。
因为本实施例采用的是晶圆级封装工艺，所述透明载板表面形成有若干个容置槽15，对应的，后续利用所述透明载板形成若干芯片封装结构，即一个芯片封装结构对应一个容置槽。在图3中，所述透明载板10表面形成有两个容置槽15作为示意，对应用于形成两个芯片封装结构。
在其他实施例中，一个芯片封装结构还可以对应多个容置槽，每一个容置槽内都用于封装芯片结构。
执行步骤S200，请参考图4，在所述透明载板10的容置槽内设置有封装框架板20，所述封装框架板20具有芯片封装窗口21。
在本实施例中，所述封装框架板20的外边沿尺寸略小于容置槽15的尺寸，使得所述封装框架板20刚好能放置在容置槽15内且不容易发生移动，有利于后续封装框架板与芯片结构和基板之间的对齐和定位。
在本实施例中，所述封装框架板20的背面与容置槽15的底部表面相接触但不固定。在其他实施例中，所述封装框架板的背面通过封装胶与容置槽的底部表面相固定。
在本实施例中，所述封装框架板20的表面即为所述封装框架板20的正面，所述封装框架板20的正面包括靠近芯片封装窗口21的芯片连接结构22和位于外侧的第二焊接结构23，所述芯片连接结构22用于连接芯片结构，所述第二焊接结构23用于连接基板。所述芯片连接结构22和第二焊接结构23通过封装框架板20电学连接，所述封装框架板20一方面作为芯片结构的承载板，另一方面作为芯片结构和基板之间的互连结构。
在本实施例中，一个所述封装框架板20具有一个所述芯片封装窗口21，所述芯片封装窗口21位于所述封装框架板20的中间位置，通过控制芯片封装窗口21的尺寸自由调节进光量，以适应不同芯片结构的进光需求。
在其他实施例中，一个封装框架板还可以具有多个芯片封装窗口，对应一个封装框架板封装多个芯片结构。
在本实施例中，所述芯片连接结构22位于封装框架板20靠近芯片封装窗口21的位置，使得所述芯片结构可以固定安装在芯片封装窗口对应的位置。现有技术的基于倒装图像传感器芯片的封装结构中，封装结构总的尺寸由图像传感器芯片的功能区域、图像传感器芯片边缘的连接区域和BGA焊球区域三部分尺寸组成，由于受限于图像传感器芯片的功能区域的尺寸和整体的封装结构的尺寸，用于互连的BGA焊球区域尺寸受限，使得支持的I/O数量比较少，但在本实施例中，可以在后续形成的整个封装基底的第二表面形成外接焊球，不再局限于封装结构的尺寸，使得支持的I/O数量能够大幅提高。
执行步骤S300，请参考图5，提供芯片结构30，将所述芯片结构30安装在所述封装框架板20表面，所述芯片结构30的正面透过所述芯片封装窗口21朝向所述透明载板10。
所述芯片结构30为图像传感器芯片或光线传感器芯片，所述光线传感器可以为透射型光学传感器、光学测量传感器、光学鼠标传感器、反射型光学传感器等其中的一种。
所述芯片结构30包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括功能区和位于功能区外围的电连接区，所述芯片结构正面的电连接区与封装框架板20的芯片连接结构22相连，将所述芯片结构30安装在封装框架板20表面，以实现芯片结构30与封装框架板20电连接。所述电连接区和芯片连接结构22为焊盘、焊锡球或金属柱等。
所述芯片结构正面的功能区与所述芯片封装窗口21相对应，且朝向所述透明载板10，所述功能区具有光线传感单元，用于将光信号转化为电信号。外界光可以透过透明载板10直接照射到芯片结构30的功能区表面，形成电信号。
在本实施例中，当所述芯片结构30安装在封装框架板20上，所述芯片结构30的背面所在水平面低于透明载板10表面所在水平面，即所述芯片结构30和封装框架板20的厚度之和小于容置槽15的深度，后续在透明载板的第一表面覆盖平坦的基板，也不会影响芯片结构，使得所述芯片结构被密封封装在透明载板和基板之间，有助于提高芯片结构的稳定性和可靠性，省去了注塑的时间。
在其他实施例中，所述芯片结构和封装框架板的厚度之和也可以大于或等于容置槽的深度，通过适当调整后续封装的基板的结构，使得所述芯片结构能够被封装在透明载板和基板之间。
执行步骤S400，请参考图6，提供基板40，所述基板40包括第一表面和第二表面，所述基板40的第一表面具有第一焊接结构42，所述基板40的第二表面具有焊垫41，所述焊垫41用于形成外接焊球。
请参考图7，将所述基板40覆盖在透明载板10的第一表面，使得所述芯片结构30被封装在透明载板10和基板40之间，所述基板40与封装框架板20电连接，从而实现基板40与芯片结构30电连接。
请参考图8，所述基板40的第二表面的焊垫形成有外接焊球50。
所述基板40为PCB板或积层多层板，所述基板40作为整个芯片封装结构的基板。由于芯片封装结构本身具有基板，不需要其他的封装流程，能有效的降低成本。
所述基板40的第一表面与透明载板10的表面和封装框架板的正面相对设置，所述基板40的第一焊接结构42与所述封装框架板的第二焊接结构23的位置相对应。当所述基板40覆盖在透明载板10的表面并对齐，通过回流焊将所述第一焊接结构和第二焊接结构相焊接，从而实现所述基板与封装框架板电连接，进而实现基板40与芯片结构30电连接。
在本实施例中，通过封装胶将所述基板40的第一表面粘贴在透明载板10的表面。在其他实施例中，也可以通过其他方式将基板的第一表面固定在透明载板的表面，使得芯片结构被封装在透明载板和基板之间的容置槽，使得芯片结构不会受到外部的挤压、水汽等影响，有利于提高芯片和连接的稳定性和可靠性。
由于所述外接焊球55可以设置在基板40第二表面的整个表面，即可以设置在可透光的芯片封装结构的整个背面，因此所述芯片封装结构所支持的I/O数量能够大幅提高，能适用更多类型的图像传感器芯片或光线传感器芯片。
由于本实施例采用晶圆级封装工艺，形成上述工艺后，对所形成的若干个芯片封装结构进行切割，形成单个的芯片封装结构。
在其他实施例中，当所述芯片封装结构采用单独封装时，形成外接焊球后即完成了芯片封装结构的制作。
基于上述制作方法，本发明实施例还提供了一种可透光的芯片封装结构，请参考图9，包括：透明载板10，所述透明载板10的表面具有容置槽15；
设置于容置槽15内的封装框架板20，所述封装框架板20具有芯片封装窗口21；
安装在所述封装框架板20表面的芯片结构30，所述芯片结构30的正面透过所述芯片封装窗口21朝向所述透明载板10；
设置在透明载板10第一表面的基板40，使得所述芯片结构30被封装在透明载板10和基板40之间，所述基板40与封装框架板20电连接，从而实现基板40与芯片结构30电连接。
在本实施例中，一个芯片封装结构的透明载板10对应一个容置槽15。在其他实施例中，一个芯片封装结构的透明载板10还可以对应多个容置槽，每一个容置槽内都用于封装芯片结构。
在本实施例中，一个封装框架板20具有一个芯片封装窗口21，所述芯片封装窗口21位于封装框架板20的中间位置，通过控制芯片封装窗口21的尺寸自由调节进光量，以适应不同芯片结构的进光需求。
在其他实施例中，一个封装框架板还可以具有多个芯片封装窗口，对应一个封装框架板封装多个芯片结构。
所述芯片结构30为图像传感器芯片或光线传感器芯片，所述光线传感器可以为透射型光学传感器、光学测量传感器、光学鼠标传感器、反射型光学传感器等其中的一种。
所述芯片结构30包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括功能区和位于功能区外围的电连接区，所述功能区与封装框架板20的芯片封装窗口15相对应，所述芯片结构的电连接区与封装框架板20的芯片连接结构22相连，以实现芯片结构30与封装框架板20电连接。
所述基板40的第一表面形成有第一焊接结构42，所述封装框架板20的正面形成有第二焊接结构23，且所述第一焊接结构42和第二焊接结构23的位置相对应，所述第一焊接结构和第二焊接结构通过回流焊相焊接，基板与封装框架板电连接，从而实现芯片结构30与基板40电连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种可透光的芯片封装结构，其特征在于，包括：
透明载板，所述透明载板的表面具有容置槽；
设置于所述容置槽内的封装框架板，所述封装框架板具有芯片封装窗口；
安装在所述封装框架板表面的芯片结构，所述芯片结构的正面透过所述芯片封装窗口朝向所述透明载板；
设置在透明载板的表面的基板，使得所述芯片结构被封装在透明载板和基板之间，所述基板与所述芯片结构通过所述封装框架板电连接。
2.根据权利要求1所述的可透光的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片结构为图像传感器芯片或光线传感器芯片。
3.根据权利要求1所述的可透光的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片结构包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括功能区和位于功能区外围的电连接区，所述功能区与所述封装框架板的芯片封装窗口相对应，所述封装框架板的表面具有芯片连接结构，所述芯片结构的电连接区与所述封装框架板的芯片连接结构相连，以实现芯片结构与封装框架板固定且电连接。
4.根据权利要求1所述的可透光的芯片封装结构，其特征在于，所述基板包括第一表面和第二表面，所述基板的第一表面与透明载板相对，所述基板的第二表面形成有外接焊球。
5.根据权利要求4所述的可透光的芯片封装结构，其特征在于，所述基板的第一表面具有第一焊接结构，所述封装框架板的表面具有第二焊接结构，且所述第一焊接结构和所述第二焊接结构的位置相对应，所述第一焊接结构和第二焊接结构相焊接，从而实现所述基板与所述封装框架板电连接。
6.根据权利要求1所述的可透光的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片结构和所述封装框架板的厚度之和小于容置槽的深度。
7.根据权利要求1所述的可透光的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片结构的数量为一个或多个，对应的，所述封装框架板内的芯片封装窗口的数量为一个或多个。
8.根据权利要求1所述的可透光的芯片封装结构，其特征在于，一个芯片封装结构的透明载板的表面具有一个或多个容置槽。
9.一种可透光的芯片封装结构的制作方法，其特征在于，包括：
提供透明载板，所述透明载板的表面具有容置槽；
在所述透明载板的所述容置槽内设置有封装框架板，所述封装框架板具有芯片封装窗口；
提供芯片结构，将所述芯片结构安装在所述封装框架板表面，所述芯片结构的正面透过所述芯片封装窗口朝向所述透明载板；
提供基板，将所述基板覆盖在所述透明载板的表面，使得所述芯片结构被封装在所述透明载板和所述基板之间，所述基板与所述芯片结构通过所述封装框架板电连接。
10.根据权利要求所述的可透光的芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述基板包括第一表面和第二表面，所述基板的第一表面与透明载板相对，所述基板的第二表面形成有外接焊球。
11.根据权利要求10所述的可透光的芯片封装结构的制作方法，其特征在于，采用晶圆级封装工艺，形成外接焊球后，对所形成的芯片封装结构进行切割，形成单个的芯片封装结构。
12.根据权利要求9所述的可透光的芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述基板的第一表面形成有第一焊接结构，所述封装框架板的表面形成有第二焊接结构，且所述第一焊接结构和所述第二焊接结构的位置相对应，当所述基板覆盖在透明载板的表面时，对所述第一焊接结构和所述第二焊接结构进行回流焊，从而实现所述基板与所述封装框架板电连接。
13.根据权利要求9所述的可透光的芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述芯片结构包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括功能区和位于功能区外围的电连接区，所述芯片结构正面的功能区与所述封装框架板的芯片封装窗口相对应，所述封装框架板的表面具有芯片连接结构，将所述芯片结构的电连接区与所述封装框架板的芯片连接结构相连，以实现芯片结构与封装框架板固定且电连接。
14.根据权利要求9所述的可透光的芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述芯片结构的数量为一个或多个，对应的，所述封装框架板内的芯片封装窗口的数量为一个或多个。
15.根据权利要求9所述的可透光的芯片封装结构的制作方法，其特征在于，一个芯片封装结构的透明载板的表面具有一个或多个容置槽。
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